W rdzeniu kręgowym to istota szara jest w centrum, otoczona przez istotę białą. Kora mózgu stanowi jedną z głównych składowych tego organu, którego kształt przypisuje się ewolucji. Widoczne fałdy, odróżniające ten organ od innych narządów, nie są charakterystyczne dla wszystkich gatunków – posiadają je ludzie, koty, psy i delfiny. Liczba fałd kory mózgu jest największa właśnie u człowieka, co stanowi o wysokim stopniu rozwinięcia tego organu.

Jakie funkcje pełni istota szara?

Od nazwy substancji szarej, czyli skupisk komórek, które są tak liczne, że widać przez to ich ciemniejszą barwę, pochodzi potoczne określenie „szare komórki”. Kora mózgu, która składa się z istoty szarej, jest najbardziej rozwiniętą częścią ośrodkowego układu nerwowego i odpowiada za takie funkcje jak język, inteligencja czy pamięć. To w jej obrębie mieszczą się ośrodki odpowiedzialne za cechy typowo ludzkie, czyli myślenie abstrakcyjne, planowanie działań, pisanie i czytanie. Od prawidłowego działania komórek nerwowych zależy więc świadomość, czyli to co odróżnia człowieka od innych organizmów żywych.

Pojedyncza komórka nerwowa swoją budową przypomina drzewo z gałęziami i korzeniami. Jest wykształcona w celu wytwarzania, przetwarzania i przewodzenia bodźców nerwowych. Każdy neuron posiada wypustki, ale poszczególne z nich mogą różnić się od siebie ich liczbą, a także samym kształtem.

Człowiek przychodzi na świat wyposażony w 15 miliardów neuronów, co stanowi ogromną ich liczbę, która jednak nie utrzymuje się na tak wysokim poziomie przez całe życie. Po około 25 roku życia liczba tzw. szarych komórek systematycznie spada, a ponadto proces ten przyspieszają używki typu alkohol czy narkotyki. Badania wskazują również, że istota szara może się kurczyć, jeśli człowiek cierpi z powodu utraty bliskiej mu osoby czy rozstania z partnerem. Chociaż przez wiele lat sądzono, że komórki nie mogą się odnawiać, ostatnie badania wskazują jednak, że część z nich się odtwarza, co daje nadzieję na to, że również mózg posiada zdolności do regeneracji.

Istota biała i szara

Istota biała i szara są od siebie zależne – substancja biała tworzy połączenia między neuronami, dzięki czemu są one w stanie przekazywać informacje. Największym jej skupiskiem jest tzw. ciało modzelowate, które łączy prawą i lewą półkulę. Naukowców interesuje fakt, że pasma istoty białej mają różną grubość, co wpływa na siłę połączeń między poszczególnymi partiami mózgu. Im są grubsze, tym połączenia są silniejsze, co oznacza, że informacja wytworzona przez neurony jest szybciej przekazywana. Istota biała zespala neurony i istotę szarą w mózgu przez miliony wiązek aksonów, które się na nią składają.

Badania wykazały, że pasma istoty białej są znacznie grubsze u osób, które od dzieciństwa są dwujęzyczne. Mają one ponadto większe ciało modzelowate i silniej rozbudowane połączenia, które odpowiadają za przetwarzanie języka. W tej grupie stwierdzono również opóźnienia w rozwoju choroby Alzheimera. Poprawę grubości struktury istoty białej zaobserwowano również u tych, którzy drugiego języka uczą się od niedawna – przypuszcza się, że ma to związek ze zdolnością adaptacji mózgu do naprzemiennego posługiwania się różnymi językami.

Generalnie proces uczenia się polega na tym, że między pobudzonymi neuronami zaczynają powstawać nowe połączenia. Nowoczesne metody obrazowania mózgu człowieka są w stanie wykazać zmiany w istocie szarej i białej – zarówno te patologiczne, jak i te związane ze zdobywaniem nowych umiejętności. Przykładowo zwiększeniu grubości istoty białej sprzyja nauka gry na pianinie, która wymaga zaangażowania kilku procesów psychicznych i fizycznych, jak słuch muzyczny i konieczność poruszania palcami. Aby wykonywać te czynności jednocześnie, musi wystąpić synchronizacja i optymalizacja procesów przekazywania impulsów nerwowych między różnymi obszarami mózgu.

Istota szara mózgu a nadzieje na walkę z chorobą Alzheimera

Ponieważ mózg nadal stanowi dla świata nauki zagadkę, badacze przyglądają się, jak funkcjonuje również u innych gatunków zwierząt. Zauważono, że nowe komórki nerwowe, z których zbudowana jest istota szara mózgu mogą samoistnie powstawać u niektórych ptaków lub gryzoni, zwłaszcza w okresach, kiedy mają one trudności w zdobywaniu żywności. Z kolei kiedy warunki bytowania tych zwierząt wracają do normy, komórki zanikają. Podobny mechanizm wymiany tych komórek potwierdziły badania małp żyjących w lasach tropikalnych Brazylii. Odbywa się to w obszarze tzw. hipokampu, gdzie pamięć krótkotrwała zamienia się w długotrwałą, ale jest to proces bardzo delikatny i łatwo go zaburzyć np. oddziaływaniem strachu lub stresu. Wśród ludzi już od dawna znany jest mechanizm kurczenia się hipokampu w przypadku przewlekłych depresji czy silnego stresu pourazowego.

Fakt możliwości odradzania się komórek istoty szarej daje jednak nadzieję na znaczny postęp medycyny związany z leczeniem groźnych schorzeń, np. choroby Alzheimera, w przebiegu której dochodzi do kurczenia się mózgu czy choroby Parkinsona związanej z kolei z zanikiem możliwości wytwarzania neuroprzekaźnika, jakim jest dopamina. Tego typu zdolności regeneracyjne mózgu oznaczałyby także możliwość powrotu do pełnych funkcji organu uszkodzonego na skutek urazu lub udaru. Można by również okresowo zwiększać objętość hipokampa, np. w przypadku konieczności przyswojenia większej ilości informacji lub rozwinięcia innych talentów.